Odborníci z VUT v Brně chtějí snížit náklady na klimatizaci aut

Ve světě i u nás jezdí po silnicích stále více aut vybavených klimatizací. Vždyť kdo by nechtěl v čím dál parnějších létech cestovat pohodlně v příjemně vychlazené kabině? I když majitelé těchto vozů jsou jistě srozuměni s tím, že takový komfort něco stojí, málokdo z nich asi ví, kolik navíc zaplatí. Průzkumy ukázaly, že nárůst spotřeby paliva u aut s klimatizací může dosahovat více než pět procent. Tým odborníků z Odboru termomechaniky a techniky prostředí FSI VUT v Brně pod vedením prof. Ing. Miroslava Jíchy, CSc., se zabývá tím, jak spotřebu na klimatizaci aut snížit. „Myslím, že je reálné dostat se až na polovinu současného stavu,“ je přesvědčen prof. Jícha. Je zajímavé, že podíl spotřeby na klimatizaci roste relativně nejvíce u automobilů, které jsou provozně velmi úsporné, jejichž motory mají značně nízkou spotřebu. Díky tomu se jejich spotřeba blíží nárokům normálních vozů a celý úsporný efekt tak vlastně zaniká. Úspornější provoz klimatizace by mohl přinést nemalý ekonomický a ekologický prospěch – při snížení nákladů o 30 % by se jen v zemích EU dalo podle odhadů ročně ušetřit až dvě miliardy litrů benzinu a také výrazným způsobem snížit emise oxidu uhličitého. „Největší spotřeba paliva pro chod klimatizace nastává samozřejmě v době, kdy je zapnuta po delším parkování na slunci a auto je vyhřáté na vysokou teplotu. Vychladit auto je potom energeticky velmi náročné. Je zřejmé, že je třeba se zaměřit na to, jak redukovat tepelné zisky ze solárního záření vstupující do kabiny auta. Od toho se odvíjejí úspory paliva vynakládaného na klimatizaci a zlepšení tepelné pohody pasažérů. Ze statistických údajů plyne, že na klimatizaci a odmlžování oken je potřeba v Evropě cca 3,5 % celkové spotřeby paliva, v USA, dokonce 5,5 %,“ říká prof. Jícha. Problém zvýšení spotřeby paliva při klimatizaci si uvědomují i ve světě. V USA dokonce existuje program zpočátku neoficiálně nazývaný „cool car“, dnes oficiálně Vehikle Ancillary Loads Reduction Project (VALR), který je financovaný ministerstvem energetiky americké vlády. Program koordinuje National Renewable Energy Laboratory (NREL) ve státě Colorado a podílí se na něm Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA), Společnost automobilových inženýrů (SAE) a celá řada amerických firem z automobilového průmyslu. „Navrhovaná a v praxi ověřovaná řešení zasahují do mnoha oblastí – od fotovoltaických článků pro pohon přes instalování malých ventilátorů, které mají za úkol neustále provětrávat kabinu během parkování, různé štěrbiny, kterými vstupuje chladnější vzduch od spodku auta, či provětrávaná sedadla; existují také řešení využívající selektivní vrstvy na sklech automobilů, tak aby se solární záření odráželo, jak je to dnes již běžné u obytných budov. Experimentuje se také s nátěry s obsahem nanočástic, které působí nejen jako tepelný izolant, ale současně i odrážejí sluneční záření zpět do prostoru. Do předního skla, které má relativně velký sklon, se rovněž zkoušejí zabudovávat horizontální reflexní pásky, které neomezují viditelnost. To má význam zejména pro snížení ohřevu palubní desky, která kvůli odrazům světel bývá černá. Řešení tedy existují, samozřejmě je to také otázka jejich pořizovací ceny,“ vypočítává prof. Jícha. V Evropě je situace poněkud odlišná, podle Evropské komise se totiž nesmí státní podpora týkat projektů z oblasti automobilového průmyslu. Evropské automobilky, které o tomto problému samozřejmě vědí, by si tak vývoj úsporných opatření v oblasti klimatizace musely hradit ze svých prostředků. „Podstatnou věcí, která má vliv na výši spotřeby energie při klimatizaci (její vhodné nastavení), je správné vyhodnocení toho, jak se řidič a pasažéři v kabině auta cítí. Existují metody, které mohou změřit pocity jejich tepelné ,spokojenosti‘ – tzv. indexy tepelné pohody. I když samozřejmě nejsme stejní a každý z nás snáší teplotu nebo naopak zimu jinak, tyto indexy jsou výsledkem statistického zprůměrňování reprezentativního vzorku lidí,“ osvětluje jeden ze směrů výzkumu prof. Jícha. K výzkumům indexů tepelné pohody se používají tepelní manekýni. Je to model lidské postavy, který po umístění v kabině auta snímá teplotu systémem sítě odporových teploměrů zabudovaných na svém povrchu. Vyhodnocují se tak tepelné toky dopadající na pokožku řidiče a pasažérů. Manekýny zhotovuje na světě několik firem, zřejmě nejdokonalejší výrobek nabízí společnost z amerického Seattlu. Jejich manekýn, jehož polymerový povrch těla dokonce simuluje i vylučování potu, je schopen zcela automatické činnosti při ovládání na dálku. Tomu odpovídá také jeho cena, která se pohybuje podle vybavení na úrovni milionu dolarů. Takový luxus si nemohou ovšem výzkumníci z VUT dovolit. Pro ně je zatím nedostupná i levnější, ne tak dokonalá verze modelu, kterou lze pořídit v přepočtu zhruba za pět milionů korun. Proto tepelného manekýna, kterého ke svým měřením nezbytně potřebují, členové výzkumného týmu z VUT vyvíjejí sami z nafukovací figuríny. Docent Ing. Milan Pavelek, který se zabývá problematikou termoregulace povrchové teploty člověka (za pomoci termokamery zkoumá teplotu povrchu pokožky člověka při různých zátěžových aktivitách), připravuje ve spolupráci s fakultním Ústavem automatizace a informatiky pro tohoto manekýna, který dostal jméno Hugo, senzory, které budou schopny měřit indexy pocitové teploty. Vyvíjené senzory by v budoucnu však mohly sloužit i k tzv. cílené klimatizaci, která by neochlazovala celou kabinu auta, ale pouze bezprostřední okolí cestujících, případně jen některé části jejich těla. Pro vytvoření příjemného prostředí ve čtyřmístném autě by jich bylo potřeba pět až šest. „S pořizovací cenou senzoru typu umělé kůže by se dalo, v případě výroby většího množství, dostat až na sto, dvě stě korun,“ říká Milan Pavelek. Současně ovšem také vzniká počítačový virtuální 3D model manekýna, který bude simulovat teplotní podmínky působící na člověka. Virtuální model bude schopen zohlednit např. i tu skutečnost, že se teplo v lidském těle rozvádí krevním oběhem. Virtuální manekýn by podle prof. Jíchy měl být hotov zhruba do 18 měsíců. Další vývoj a dokončení fyzického modelu manekýna do značné míry závisí na realizaci velkých výzkumných projektů CEITEC (Středoevropský technologický institut) nebo NETME (Centrum strojírenského výzkumu na FSI), které se v Brně připravují. Odborníci z VUT v Brně by velmi uvítali finanční podporu pro svůj výzkum zaměřený na úsporu spotřeby energie na klimatizaci aut od automobilky Škoda Auto. Právě pro tuto firmu v letošním roce úspěšně ukončili několikaměsíční výzkumný projekt týkající se zefektivnění procesu odmrazování a odmlžování předních skel škodovek. „I když prioritou automobilky je nyní podle požadavků Evropské komise především snižování emisí CO2, jsem přesvědčen, že v případě, kdy budeme mít pro svůj výzkum k dispozici tepelného manekýna, se s vedením firmy na těsnější spolupráci dohodneme. Vždyť snížení energetické spotřeby na klimatizaci auta povede samozřejmě také ke snížení celkových emisí CO2 způsobených automobilovým provozem,“ neskrývá optimismus profesor Jícha. Tepelní manekýni, ať již ve virtuální nebo fyzické podobě, jsou ovšem dobře využitelní i v jiných oborech – např. pro výrobce oblečení, spacích pytlů, horolezce, požárníky a v řadě dalších oblastí. Byla by proto určitě škoda, kdyby se týmu z VUT v Brně nepodařilo kvůli finančním důvodům dovést jeho vývoj do úspěšného konce. IGOR MAUKŠ